在常規水處理系統中,應用最廣泛的絮凝劑是鋁鹽和鐵鹽,處理後水中殘留的鋁鹽會危害人體健康,殘留的鐵鹽會影響水的色度等;在大多數廢水處理中,難以克服污泥量大、污泥處置難等二次污染問題。因此,尋求一種不對環境造成二次污染的天然產品來取代鋁鹽和鐵鹽絮凝劑是當今實施永續發展策略的需要。天然高分子絮凝劑因其原料來源豐富、價格低廉、選擇性好、用量小、安全無毒、生物降解完全等特點,在眾多絮凝劑中備受關注。經過數十年的發展,出現了一大批不同性能和用途的天然高分子絮凝劑,其中目前應用廣泛的有澱粉、木質素、殼聚醣和植物膠等。
殼聚醣特性
殼聚醣是一種白色無定形、半透明片狀固體,不溶於水,溶於酸,是甲殼素的去乙醯化產物。一般來說,當甲殼素中的N-乙醯基被除去55%以上時,才稱為殼聚醣。甲殼素是動物和昆蟲外骨骼的主要成分,也是地球上僅次於纖維素的第二大天然有機化合物。作為絮凝劑,殼聚醣天然、無毒、可降解。殼聚醣大分子鏈上分佈著許多羥基、氨基和部分N-乙醯氨基,在酸性溶液中可以形成電荷密度較高的陽離子聚電解質,也可以透過氫鍵或離子形成網狀結構。籠住分子,從而絡合去除許多有毒有害的重金屬離子。殼聚醣及其衍生物用途廣泛,不僅在紡織、印染、造紙、醫藥、食品、化學、生物和農業等許多領域有許多應用價值,而且在水處理方面,可用於作為吸附劑、絮凝劑、殺菌劑、離子交換劑、薄膜製劑等。
(1)去除水體中的懸浮物。在天然水中,由於黏土細菌等的存在,成為帶負電的膠體體系。的混凝作用。與傳統的明礬和聚丙烯醯胺作為絮凝劑相比,殼聚醣具有更好的澄清效果。拉維德等人。研究了殼聚醣pH值為5-9時單一高嶺土配水的絮凝處理效果,發現絮凝受pH值影響較大,有效除濁pH值為7.0-7.5。 1mg/L絮凝劑,除濁率超過90%,產生的絮凝體粗而快,總絮凝沉降時間不超過1h;但當pH值降低或升高時,絮凝效率降低,顯示只有在很窄的pH範圍內,殼聚醣才能與高嶺土顆粒形成良好的聚合。有研究發現,當絮凝膨潤土懸浮液用殼聚醣處理時,適宜的pH值範圍較寬。因此,當渾水中含有類似高嶺土的顆粒時,需要添加適量的膨潤土作為混凝劑,以提高其聚合效果。殼聚醣在顆粒上。後來,RAVID 等人。發現
如果高嶺土或二氧化鈦懸浮液中存在腐殖質,則很容易用殼聚醣將其絮凝沉澱,因為帶負電荷的腐殖質附著在顆粒表面,腐殖質易於調節pH值。殼聚醣對於不同濁度和鹼度的天然水體仍表現出優越的絮凝性能。
(2)去除水體中的藻類和細菌。近年來,國外有人開始研究殼聚醣對藻類、細菌等生物膠體系統的吸附與絮凝作用。殼聚醣對淡水藻類,即螺旋藻、振盪藻、小球藻和藍綠藻有去除作用。研究表明,對於淡水藻類,pH 值為 7 時去除效果最佳;對於海藻來說,pH 值較低。殼聚醣的適當用量取決於水體中藻類的濃度。藻類濃度越高,需要添加的殼聚醣用量越多,殼聚醣用量增加容易造成絮凝沉澱。快點。濁度可以衡量藻類的去除。 pH值為7時,5mg/L殼聚醣可去除水中90%的濁度,且藻類濃度越高,絮體顆粒越粗,沉降性能越好。
顯微鏡檢查顯示,透過絮凝沉澱去除的藻類只是聚集、黏附在一起,仍處於完整的活性狀態。由於殼聚醣不會對水中的物種造成任何負面影響,因此處理後的水仍然可以用於淡水養殖,這與用於水處理的其他合成絮凝劑不同。殼聚醣對細菌的去除機制較為複雜。透過研究殼聚醣對大腸桿菌的絮凝,發現不平衡橋聯機制是絮凝體系的主要機制,殼聚醣在細胞碎片上產生氫鍵。另一項研究表明,殼聚醣絮凝大腸桿菌的效率不僅取決於電介質的帶電性,還取決於其水力尺寸。
(3)去除殘鋁,淨化飲用水。鋁鹽和聚合鋁絮凝劑廣泛應用於自來水處理過程中,但使用鋁鹽絮凝劑會導致飲用水中鋁含量增加。飲用水中殘留的鋁嚴重危害人體健康。雖然殼聚醣也存在水殘留的問題,但由於它是天然無毒的鹼性氨基多醣,殘留物不會對人體造成危害,並且可以在後續的處理過程中去除。另外,殼聚醣與聚合氯化鋁等無機絮凝劑併用,可降低殘留鋁的含量。因此,在飲用水處理中,殼聚醣具有其他合成有機高分子絮凝劑無法取代的優點。
殼聚醣在廢水處理的應用
(1)去除金屬離子。分子鏈為殼聚醣其衍生物含有大量的氨基和羥基,因此對許多金屬離子具有螯合作用,能有效吸附或捕獲溶液中的重金屬離子。 Catherine A. Eiden等研究表明,殼聚醣對Pb2+和Cr3+(以殼聚醣為單位)的吸附能力分別達到0.2 mmol/g和0.25 mmol/g,具有很強的吸附能力。張廷安等.使用去乙醯殼聚醣透過絮凝去除銅。結果表明,當pH值為8.0、水樣本中銅離子質量濃度低於100 mg/L時,銅去除率在99%以上;質量濃度為400mg/L,殘液中銅離子質量濃度仍符合國家廢水排放標準。另外實驗證明,當pH=5.0、吸附時間為2h時,殼聚醣對吸附化學鍍鎳廢液中Ni2+的去除率可達72.25%。
(2)處理食品廢水等蛋白質含量高的廢水。食品加工過程中會排放含有大量懸浮物的廢水。殼聚醣分子含有醯胺基、氨基和羥基。隨著氨基的質子化,表現出陽離子聚電解質的作用,不僅對重金屬有螯合作用,而且能有效絮凝、吸附水中帶負電的細小顆粒。甲殼素和殼聚醣可與蛋白質、胺基酸、脂肪酸等經由氫鍵形成複合物。用過的殼聚醣、硫酸鋁、硫酸鐵和聚丙烯鄰苯二甲醯胺作為絮凝劑,從海鮮加工廢水中回收蛋白質。可獲得較高的蛋白質回收率和出水透光率。由於殼聚醣本身無毒,無二次污染,可用於回收食品加工廠廢水中的蛋白質、澱粉等有用物質進行加工再利用,如添加到飼料中作為動物飼料。
(3)印染廢水處理。印染廢水是指棉、毛、化纖等紡織產品在前處理、染色、印花和後整理過程中排出的廢水。通常含有鹽類、有機界面活性劑和染料等,成分複雜、色度大、COD高。 ,並向抗氧化、抗生物降解方向發展,對人體健康和環境危害極大。殼聚醣含有氨基和羥基,對染料有很強的吸附作用,包括:物理吸附、化學吸附和離子交換吸附,主要透過氫鍵、靜電引力、離子交換、范德華力、疏水作用等。同時,殼聚醣分子結構中含有大量伯氨基,透過配位鍵形成優良的高分子螯合劑,可凝集廢水中的染料,且無毒,不產生二次污染。
(4)在污泥脫水中的應用。目前,絕大多數城市污水處理廠都採用陽離子聚丙烯醯胺處理污泥。實務證明,此藥劑絮凝效果好,易於污泥脫水,但其殘留物,特別是丙烯醯胺單體是強致癌物。因此,尋求其替代品是一項非常有意義的工作。殼聚醣是良好的污泥調理劑,有助於形成活性污泥菌膠束,使溶液中帶負電的懸浮物和有機物凝聚,並提高活性污泥製程的處理效率。研究表明,聚合氯化鋁/殼聚醣複合絮凝劑不僅對污泥調理效果明顯,而且與使用單一PAC或殼聚醣相比,污泥比阻首先達到低點,濾速較高。它速度快,是一種更好的調理劑;另外,以三種羧甲基殼聚醣(N-羧甲基殼聚醣、N,O-羧甲基殼聚醣和O-羧甲基殼聚醣)作為絮凝劑對污泥的脫水性能進行測試,發現形成的絮凝體堅固且不易破碎,顯示此絮凝劑對污泥脫水的效果明顯優於一般絮凝劑。
殼聚醣其衍生物資源豐富,天然、無毒、可降解,同時具有多種性能。它們是綠色水處理劑。其原料甲殼素是地球上第二大天然有機化合物。因此,近年來,殼聚醣在水處理方面的發展有著明顯的成長動能。殼聚醣作為一種變廢為寶的天然高分子化合物,已初步在多個領域得到應用,但國內產品的性能和應用與其他先進國家相比仍有一定差距。隨著殼聚醣及其衍生物研究的不斷深入,特別是具有優異合成性能的改質殼聚醣,越來越具有應用價值。探索殼聚醣在水處理上的應用技術,開發應用更廣泛的殼聚醣衍生物環保產品,將具有非常廣泛的市場價值和應用前景。
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發佈時間:2022年8月9日